題主要想弄清這個問題,必須先要明白幾個概念,在數學中何為鑲嵌?何為鑲嵌圖形?常見的鑲嵌圖形有哪些?能夠鑲嵌的條件是什麼?
在回答題主這個問題的時候,我不由得往腳下瞧了一眼,我家的地板上是用100x100的正方形瓷磚鋪成的(不曉得,題主家的地板或牆壁是不是用瓷磚鋪成的)。在數學上,像這樣用形狀和大小相同的幾何圖形拼在一起,把平面鋪滿(既無空隙,又不重疊),就叫做鑲嵌,這種平面圖形就叫做鑲嵌圖形。
這麼說,正方形就是鑲嵌圖形囉。但常見的幾何圖形中,圓就不是鑲嵌圖形,生活中也沒見到哪家的瓷磚是圓形的。無論怎麼拼接,圓之間總留有空隙,不能把平面鋪滿,如下圖1中的陰影部分。
-----圖1----
我們不妨從最簡單的多邊形開始。先做一個實驗:用硬紙板剪裁一些全等的三角形,將它們拼在一起(如下圖2),其結果是它們能把平面鋪滿,相互間沒有空隙,沒有重疊,因此三角形是鑲嵌圖形。
-----圖2----
仔細分析圖2中,點A是6個角的公共頂點,並且這6個角分兩組,每一組的3個角拼在一起恰好是一個三角形的內角和180°,因而這6個角恰好拼成一個周角360°(相當於一個三角形的內角重複了兩次)。點B處也一樣喲!
因而,若一種多邊形在公共頂點處恰好拼成一個周角,則這種多邊形就是鑲嵌圖形。
因此,鑲嵌的條件是:一些全等(形狀相同,大小相等)的多邊形,在公共頂點處恰好拼成一個周角。
由以上分析可知,判斷一種多邊形是否是鑲嵌圖形:在具體操作上,一般來說,可以先看這種多邊形的內角和能否被360°整除。
分以下兩種情況:
比如三角形的內角和為180°,360°/180°=2,因此,任意三角形是鑲嵌圖形;
四邊形的內角和為360°,剛好被360°整除為1,因此,任意四邊形是鑲嵌圖形;
因為多邊形的內角和
=(n-2)180°,
360°/(n-2)180°
=2/(n-2)
=整數,
則n-2=1或2,
即n=3或4,
所以任意多邊形中,只有任意三角形和任意四邊形是鑲嵌圖形。
比如,任意五邊形。因為五邊形的內角和為540°,不可能讓它的每一個內角在公共頂點處不重疊地只出現一次,而且即便是選擇其部分內角,也很難保證拼成一個周角,因而任意五邊形不是鑲嵌圖形,但是有些錦旗狀的五邊形又是鑲嵌圖形(如圖3)
-----圖3----
任意六邊形也不是鑲嵌圖形,但是正六邊形(各邊相等,各角都等於120°)又是鑲嵌圖形(如:蜂巢,圖4)
-----圖4----
常見的鑲嵌圖形:任意三角形,任意四邊形,正六邊形(其他一些特殊六邊形),特殊的五邊形以及一些其他特殊的多邊形。
判斷鑲嵌圖形的原則是:公共頂點處拼成周角。
具體操作:先看內角和能否被360°整除,再看還有無其他特殊條件能否滿足上述原則。
題主要想弄清這個問題,必須先要明白幾個概念,在數學中何為鑲嵌?何為鑲嵌圖形?常見的鑲嵌圖形有哪些?能夠鑲嵌的條件是什麼?
01--何為鑲嵌?何為鑲嵌圖形?在回答題主這個問題的時候,我不由得往腳下瞧了一眼,我家的地板上是用100x100的正方形瓷磚鋪成的(不曉得,題主家的地板或牆壁是不是用瓷磚鋪成的)。在數學上,像這樣用形狀和大小相同的幾何圖形拼在一起,把平面鋪滿(既無空隙,又不重疊),就叫做鑲嵌,這種平面圖形就叫做鑲嵌圖形。
這麼說,正方形就是鑲嵌圖形囉。但常見的幾何圖形中,圓就不是鑲嵌圖形,生活中也沒見到哪家的瓷磚是圓形的。無論怎麼拼接,圓之間總留有空隙,不能把平面鋪滿,如下圖1中的陰影部分。
-----圖1----
02--什麼樣的多邊形是鑲嵌圖形?我們不妨從最簡單的多邊形開始。先做一個實驗:用硬紙板剪裁一些全等的三角形,將它們拼在一起(如下圖2),其結果是它們能把平面鋪滿,相互間沒有空隙,沒有重疊,因此三角形是鑲嵌圖形。
-----圖2----
仔細分析圖2中,點A是6個角的公共頂點,並且這6個角分兩組,每一組的3個角拼在一起恰好是一個三角形的內角和180°,因而這6個角恰好拼成一個周角360°(相當於一個三角形的內角重複了兩次)。點B處也一樣喲!
因而,若一種多邊形在公共頂點處恰好拼成一個周角,則這種多邊形就是鑲嵌圖形。
因此,鑲嵌的條件是:一些全等(形狀相同,大小相等)的多邊形,在公共頂點處恰好拼成一個周角。
03--如何判斷一種多邊形是否是鑲嵌圖形?由以上分析可知,判斷一種多邊形是否是鑲嵌圖形:在具體操作上,一般來說,可以先看這種多邊形的內角和能否被360°整除。
分以下兩種情況:
內角和能被360°整除的多邊形一定是鑲嵌圖形。比如三角形的內角和為180°,360°/180°=2,因此,任意三角形是鑲嵌圖形;
四邊形的內角和為360°,剛好被360°整除為1,因此,任意四邊形是鑲嵌圖形;
因為多邊形的內角和
=(n-2)180°,
360°/(n-2)180°
=2/(n-2)
=整數,
則n-2=1或2,
即n=3或4,
所以任意多邊形中,只有任意三角形和任意四邊形是鑲嵌圖形。
內角和不能被360°整除的多邊形(邊數大於4的任意多邊形),一般不是鑲嵌圖形。但是,如果新增某些特殊條件,這些多邊形也是鑲嵌圖形。比如,任意五邊形。因為五邊形的內角和為540°,不可能讓它的每一個內角在公共頂點處不重疊地只出現一次,而且即便是選擇其部分內角,也很難保證拼成一個周角,因而任意五邊形不是鑲嵌圖形,但是有些錦旗狀的五邊形又是鑲嵌圖形(如圖3)
-----圖3----
任意六邊形也不是鑲嵌圖形,但是正六邊形(各邊相等,各角都等於120°)又是鑲嵌圖形(如:蜂巢,圖4)
-----圖4----
04--結語常見的鑲嵌圖形:任意三角形,任意四邊形,正六邊形(其他一些特殊六邊形),特殊的五邊形以及一些其他特殊的多邊形。
判斷鑲嵌圖形的原則是:公共頂點處拼成周角。
具體操作:先看內角和能否被360°整除,再看還有無其他特殊條件能否滿足上述原則。